대한민국 최초의 우주 발사체. 국내 우주발사체 기술의 확보를 위해 한국항공우주연구원에서 러시아측과 공동으로 개발되었으며, 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사되어 100kg급의 소형 인공위성인 나로과학위성을 지구 저궤도에 안착시켰다.
역사
2000년 즈음에 처음으로 구상된 KSLV-I의 구조는 액체추진과학로켓 KSR-III 4기를 묶어 1단, KSR-III 2기를 묶어 2단, KSR-III 1기로 묶어 3단, 마지막으로 4단에 고체 킥모터를 사용하는 것으로 2005년에 발사할 예정이었다. 하지만 KSR-III으로는 본격적으로 우주발사체에 사용하기에 성능이 부족하다는 의견이 힘을 얻고, 또한 KSR-III가 개발 도중에 여러차례 목표가 변경되어 점차 처음 계획과는 다른 물건이 되어가서 이를 KSLV-I에 사용하는 것이 부적합하다고 판단되어 설계변경에 들어간다. 그렇게 해서 2001년에 나온 계획에서는 1단으로 KSR-III보다 강한 추력의 액체추진엔진을 신규개발하여 사용하고 2단에는 KSR-III를 사용, 3단에 고체추진을 사용하도록 변경되었다.
한편 2001년에 우리나라가 MTCR에 가입하면서 국제협력을 통한 기술개발이 가능해졌고, 따라서 같은년도에 위의 계획안을 기초로 러시아에 개념설계 관련해 용역을 발주한다. 이러한 용역연구의 결과물을 가지고 2002년에 KSLV-I의 계획을 다시 한번 변경하여 1단에 고추력 액체추진, 2단에 고체추진을 사용한다는 계획이 확정되었다. 이에 따라 러시아와의 기술협력을 위해 여러차례 러시아측과 회의를 진행하였으며, 이를 토대로 2004년 즈음에는 1단은 한러 공동개발, 2단은 국내 개발한다는 협력내용이 가시화되었다. 당시 계획에 의하면 발사체의 전체적인 시스템 설계는 한러 기술진이 공동으로 설계하여 작업하며, 1단 서브시스템의 설계⋅제작⋅시험은 러시아에서 담당 및 한국 기술진이 여기에 참관⋅참여하는 형식으로 공동개발이 이루어진다. 2단의 경우에는 러시아의 기술지원 및 설계검토를 받아 한국에서 설계 및 제작을 수행한다. 이러한 계획 변경에 맞춰 발사시기 역시 2007년 10월로 조정되었다.
하지만 시스템 설계가 마무리되고 상세 설계에 돌입한 2005년 말, 러시아 측에서 우주기술보호협정 체결을 앞당길 것을 요구하여 한러간 협상을 통해 2006년 한러 우주기술보호협정이 채결되었다. 이 협정에 따라 보호품목에 대한 통제가 강화되었고, 이에 기존 예상만큼의 참관, 관리 및 자료확보가 어려워지게 되었다. 또한 협정 채결 과정에서 러시아측의 비준 지연으로 인해 발사시기가 2008년 12월으로 다시 연기되었다.
그 뒤에도 개발 과정에서 여러차례 지연이 발생하고 일정이 추가되면서 2009년 2분기->7월 30일->8월 11일->8월 19일로 계속 연기된 끝에 8월 19일에 발사하기로 확정되었다.
각 연기 사유는 다음과 같다.
| 연기 결정일 | 발사 예정 날짜 | 연기 사유 |
|---|---|---|
| 2008년 8월 | 2009년 2분기 | 쓰촨성 지진 등으로 인한 부품 도입 차질 |
| 2009년 3월 | 2009년 7월 30일 | 발사대 시스템 성능시험 항목 추가 |
| 2009년 7월 17일 | 2009년 8월 11일 | 러시아측 1단 연소시험 일정 변경 |
| 2009년 8월 5일 | 2009년 8월 19일 | 러시아측 1단 연소시험 데이터 상세분석 |
1차 발사
2009년 8월 19일 발사 7분 56초 전 소프트웨어적 오류로 인해 강제 중지 되었다. 그 원인은 소프트웨어적 오류로 인해 발사체 밸브 작동 고압탱크의 압력이 저하되었다고 오인했던 것.
이어 25일 재발사가 진행되었지만 도중에 페어링 2개 중 하나가 분리되지 않아 궤도에 오르지 못하고 추락하였다. 구체적으로 말해 한쪽 페어링이 분리되지 않고 붙어 있어서 하중 증가로 충분한 속도를 얻지 못했으며, 또한 무게중심이 한쪽으로 치우쳐 추력편향에 의한 자세제어 한계를 넘어서 2단 킥모터 연소 막바지에서 로켓이 제어를 잃고 이리저리 회전하는 텀블링을 하게 되었다. 1단은 페어링으로 인한 무게증가에도 설계기준에 따른 속도를 맞출 수 있을 정도로 충분히 성능 여유가 있어 문제가 발생하지 않았지만, 2단 킥모터는 그러한 성능적인 여유가 없어 궤도형성에 필요한 속도에 도달하지 못한 것.
한쪽 페어링이 분리되지 않은 원인으로는 1. 전기배선에 방전이 일어나 분리신호가 전달되지 않아 분리화약이 폭발하지 않았거나 2. 분리화약까지는 정상적으로 폭발하였지만 분리기구의 결함으로 페어링이 끼여 분리되지 않았을 가능성이 제기되었다. 어쨌거나 한국 책임.
비행과정을 기록한 영상. 페어링 미분리와 텀블링 현상을 볼 수 있다.
2차 발사
2010년 6월 9일 발사 예정이었으나, 오후 2시 20분경 소방시설 오작동으로 인해 발사를 긴급 취소하면서 연기되었다. 다행히 나로호 자체엔 별 문제가 없었기 때문에, 다음날 재발사를 진행하였다. 그러나 발사 137초 후 고도 70km에서 폭발로 인해 통신이 두절되어 실패하였다. 그리고 일부 네티즌들은 세상에서 가장 비싼 폭죽이라고 조롱하는 몰지각한 짓을 벌였다.
이에 한-러 공동조사위원회(FRB·Failure Review Board)가 구성되어 원인 규명에 들어갔으나 난항을 겪게 된다. 러시아 측에서는 실패 원인으로 상단부 비행종단시스템(FTS) 오작동을 제시한 반면, 한국 측에서는 1단부 산화제 누설에 의한 폭발이나 1단부의 1-2단 분리장치 오작동을 제시한 것. FTS란 비행궤적이 잘못되어 문제를 야기할 우려가 있을 때 자폭하여 비행을 종료시키기 위해 2단 킥모터에 장착되는 장치로, 이 장치의 오류로 인해 2단 킥모터가 폭발하면서 실패했다는 것이 러시아측 주장. 반면에 한국측 주장은 1단 산화제 시스템의 오작동이나 파손으로 인해 누설된 산화제가 1-2단 연결부에서 발화되었거나, 1단부에 위치한 단 분리용 폭발볼트 오작동 이후 폭발이 일어났다는 주장이다. 쉽게말해서 양측 모두 네 탓이라고 주장한 것.
이러한 입장 차이로 인해 거의 1년 동안 결론을 내리지 못하고 공방을 지속하자 양 국 정부에서는 독립적인 전문가들로 구성된 한-러 공동조사단(FIG: Failure Investigation Group)을 구성하였고, 4개월만에 공동조사단에서 내린 결론은 그냥 양쪽 모두 잘못했다 치고 3차발사나 준비하져?(...) 말은 이렇게 해도, 우주개발 원년멤버인 러시아랑 우주개발 이제 처음인 한국이랑 실수의 몫이 대등하다라는 건 러시아의 꽤나 큰 굴욕일듯... 실제로 실패 원인으로 양측의 분석결과를 동시에 명시했고 3차발사를 대비한 양측의 개선사항을 권고하였다. 소모적인 책임공방 대신 향후를 대비한 개선, 보완을 요구한 것. 그렇게 해서 양측은 어쩡쩡한 상태로 3차 발사를 준비하게 된다.
3차 발사
2012년 10월26일 발사 준비를 진행했으나 당일 헬륨 주입 과정에서 문제가 발생해 발사가 연기되었다. 원인은 발사체에서 헬륨 가스를 주입받는 어댑터 블록이 주입 도중에 떨어져나온 문제로 밝혀져, 새로운 대체 부품을 러시아에서 이송받아 장착하였다. 다음 발사 시도는 11월 29일이었으나 상단 추력방향제어기의 전기제어박스에서 비정상적인 전류 과소모가 발생해 원인 조사 및 해결을 위해 다시 발사가 연기되었다. 그렇게 해서 결정된 발사 시기는 2013년 1월 30일.
오후 4시 정각 걱정과 기대 속에 발사된 나로호는 성공적으로 우주에 날아올라 위성을 궤도에 안착시켰다. 5시에는 이주호 교육과학기술부 장관이 공식적으로 발사 성공을 발표하였고, 5시 26분과 다음날 새벽 3시 27분에 각각 노르웨이 지상국과 한국 지상국이 나로과학위성과의 교신에 성공해 발사 성공은 물론 위성 정상 작동까지 확정하였다.
탑재 위성
당초 KSLV-I의 발사때 쏘아올리기 위해 만든 위성의 이름은 과학기술위성 2호. 정확히 말해 나로호의 첫번재, 두 번째 발사때 쏘아올리기 위해 동일한 2개의 위성을 만들었으며 각각 STSAT-2A, STSAT-2B라는 번호가 붙었다. 문제는 처음 계획에 따라 2005년 발사에 대비하기 위해 만들어졌지만 발사가 계속 연기되면서 4년 넘게 창고행(...) 그렇게 해서 겨우 수행된 1, 2차 발사가 모두 실패하면서 2개의 위성 모두 궤도에 오르지 못하고 소모되었다.
따라서 3차 발사를 위해 새로 제작된 나로과학위성(STSAT-2C)은 시간과 예산등의 이유로 이전보다는 더 작고 기능이 좀 더 간소화되었다. 103분마다 한바퀴씩 지구를 돌며 우주방사선 측정, 우주이온층 관측 및 국내에서 개발한 우주기술을 검증하는 등의 임무를 수행한다. 주요 임무가 위성 궤도 진입 확인, 위성상태 점검에 있기 때문에 예상수명은 1년으로 짧은 편이었다.
하지만 실제로는 설계수명보다 약간 긴 1년 2개월 정도 임무를 수행하였고, 2014년 4월 위성과의 통신이 두절되어 사실상 운용을 중단했고, 6월에는 공식적으로 임무가 종료되었다. 여기에 대해 일부에서는 보통 다른 위성이 설계수명의 2~3배 가량 작동하는 데 비해 지나치게 일찍 수명이 다했다는 의견이 있기도 했지만, 애초에 나로과학위성은 미리 준비했던 과학기술위성 2호 A, B가 전부 소모되어 급하게 새로 만든 위성이라 여러 시험 프로세스를 건너뛰었기 때문에 처음부터 예상하던 결과이며 문제없다는 의견도 있었다.
성과 및 비판
성과
나로호 개발을 통해 국내 발사체 기술 수준이 선진국 대비 46.3%에서 83.4%로 향상
나로호 개발 이전 우리나라의 우주발사체 관련 기술은 그야말로 초보적인 수준을 넘어 준 백지 수준이었다. 그러한 상황에서 러시아와의 협력을 통해 수많은 기술을 직간접적으로 습득한 것. 전반적으로 엄청난 기술의 발전이 있었고, 이는 앞으로 이어질 한국형발사체 개발에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
그중에서도 특히 손꼽히는 기술은 발사체 시스템 기술과 발사장 지상시스템 기술. 우주발사체 뿐만이 아니라 모든 시스템은 단순히 부품의 총합이 아닌 그 이상이다. 처음 설계 단계에서부터 어떤 형태와 기능을 갖출 것이며 이를 위해서 어떤 부품을 사용할지, 그러한 부품에 필요한 요구조건은 무엇인지 등등을 정하는 과정이 필요하며, 부품들이 완성된 뒤에도 각 부품들이 설계대로 잘 만들어졌는지, 부품들을 어떻게 체계적으로 조립할 것이며 부품들이 서로 모여서 매끄럽게 잘 동작하는지 등등 시험 및 검증이 필요하며, 그 이후에도 조립 완료된 시스템을 어떻게 운영할 것인지, 이를 발사시키기 위한 절차를 어떻게 확립할 것인지, 전체 작업을 총괄하는 통제기법은 어떻게 구성할 것인지 등등 수많은 시스템적인 개발이 필요하다. 이러한 기술은 문서나 제품의 형태로 얻을 수 없으며 직접 수행해 가면서 체득할 수밖에 없는데, 우리나라는 세계 최고수준의 기술과 경험을 가진 러시아와 함께 설계 → 제작 → 시험 → 조립 → 발사운영 → 발사까지 이르는 개발 과정을 공동으로 진행하면서 그대로 익힌 것이다.
한러 업무분담에 따라 러시아가 1단을, 우리나라가 2단을 담당하였다는 점을 들어 가장 중요한 1단을 러시아에서 그대로 구매한 것이나 다름없다는 주장이 힘을 잃는 이유도 바로 이것. 전체 시스템 개발과정을 한국과 러시아가 공동으로 함께 진행한 이상 업무분담 내용은 세부적인 것이다. 단순히 나로호를 1단+2단으로 나눠 1단은 러시아 로켓, 2단은 우리나라 로켓이라는 식의 구분은 '시스템'이라는 개념에 대한 이해 부족이 불러온 착각인 것.
또한 잘 알려져 있지 않은 사실인데, 항우연에서 자력개발한 30톤급 액체로켓엔진 개발 역시 나로호 예산으로 진행된 것이다. 본래 KSLV-I 개발이 도중에 다시 독자개발으로 변경될 경우를 대비하여 시작한 개발이기 때문에 그렇게 된 것.
비판
KSR 시절부터 사업별로 사용된 엔진 기술의 변화를 살펴보면, 고체(KSR-I, II) -> 액체(KSR-III) -> 고체(나로호 상단) -> 액체(한국형발사체)로 계속해서 바뀌는 것을 볼 수 있는데, 애초에 우리나라의 우주발사체 개발이 그다지 장기적으로 일관성을 가지지 못한채 진행되었다는 것을 여실히 보여준다. 이러한 일관적이지 못한 우주개발 계획 때문에 혼선을 가져와 전체적인 연속성을 해칠 수 있다는 것.
또한 개발 과정에서 수 차례 계획이 연기된 것 또한 비판받아야 할 점이라고 볼 수 있다. 항우연과 러시아 정부 및 3개 우주 기업이 얽혀 있는 복잡한 국제협력 시스템 때문에 지속적으로 일정에 차질이 생겼다는 것. 실제로 쓰촨성 대지진으로 인한 부품 수급 차질이나 발사 시도 도중 발생한 문제로 중단된 경우와 같은 불가피한 것을 제외하더라도, 최초 발사 시도를 하기 전까지 협정 채결 및 비준, 시험항목 추가, 시험일정 문제, 데이터 분석 문제 등으로 일정이 연기된 것만 5차례나 된다.
1단 엔진 기술
나로호에 대한 비판 중 가장 유명한 것이 바로 1단 엔진 기술 미이전이다. 하지만 애초에 MTCR 체제 내에서 1단 엔진 기술과 같은 핵심적인 기술을 국가간에 거래한다는 것은 불가능한 일이었고, 한러 양측 모두 처음부터 이런 사실을 인지하고 있었으며, 따라서 최초 계약에도 기술 이전과 같은 내용은 없었다. 이를 비판하는 것은 애초에 받는 것도 불가능했고 받을 생각도 없던 기술을 왜 못받았냐며 비판하는 꼴.
우리 돈을 내고 러시아 1단을 대신 시험해주는 꼴이라는 비판도 있는데, 이는 전후관계를 반대로 파악한 것에 가깝다. 사실은 아직 1단에 사용된 러시아의 RD-151 엔진이 미완성이기 때문에 공동개발이 가능했던 것. MTCR때문에 완성된 엔진을 거래하는 것 역시 불가능에 가깝다. 애초에 러시아와의 협력 목적이 공동 개발 과정을 통하여 발사체 체계 기술을 경험으로 체득하는 것이었다는 것을 감안하면, 러시아와 한국 양측 모두에게 이익이 된 것이라 볼 수 있다.
그리고 공식적으로 밝혀진 내용은 아니지만, 한러 기술자간 교류를 통해 간접적으로 상당한 양의 기술을 습득한 것으로 보인다. 왜 공식적으로 밝혀지지 않았냐면, 이걸 공식적으로 발표하면 대놓고 MTCR 위반했다고 인증하는 꼴이기 때문.(...) 개발 관련자 인터뷰를 보면, 계속 얻은 게 없냐는 비판에 맞서서 간접적으로 익힌 내용이 꽤 있다고 툭 까놓고 말하고 싶은데 차마 그러지는 못하는 듯 계속해서 뉘앙스만 풍기는 모습을 볼 수 있다. 물론 이를 얼마나 믿을지는 각자 알아서.
여담
- 나로호 발사에 참여하던 러시아측 기술자가 스트레스로 인해 자살기도를 하기도 하였다.#